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哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計
摘 要
本設計主要以小型折臂式高空作業(yè)車上、下臂結構為研究對象，對上、下臂進行結構和該車上`的設計。主要分兩部分進行闡述，第一部分：根據高空作業(yè)車的最大高度10米，在滿足作業(yè)高度的前提下，進行高空作業(yè)臂的結構設計：首先根據作業(yè)載荷使用要求選擇作業(yè)臂材料類型；其次根據最大作業(yè)高度確定上、下長度；在經過受力分析利用強度來確定臂的截面尺寸，進而校核強度、剛度、穩(wěn)定性，查看作業(yè)臂的尺寸是否符合要求。對施加均布載荷和約束，進行結構的強度和剛度的分析，確定危險截面或危險點的應力分布及變形，最后畫出作業(yè)臂的總裝圖。第二部分：液壓控制部分主要是指控制上下臂變幅運動的液壓缸。文中詳細記錄了高空作業(yè)機構上下臂液壓缸的設計過程，在確定液壓系統(tǒng)元件參數(shù)的基礎上，完成了液壓傳動系統(tǒng)的設計計算。
關鍵詞：折疊臂式高空作業(yè)車，折疊臂式液壓系統(tǒng)設計，專用汽車，設計
ABSTRACT
In this paper , to” high-altitude vehicles”,under the arm to study de structure of the upper and the lower arm to the vehicles structure and the design of the hydraulic system,mainly conducted in two parts on,high-aititude vehicles under one of the largest 10 meters high degree of operating,to meet the high degree of operating under the premise of a high-aititude operations arm of the structural design ,first,the use of operating arm asked to choose the type of material and secondly in accordance with the largest Operating highly determined ,under the arm length ;another use of force analysis to determine the strength of the arm section size and location of the fuel tank of the hinged ;further strength ,stiffness,the stability of checking to see whether the size of the operating arm to meet the requirements .to impose uniform loading and constraints ,structural strength and stiffness analysis, risk and danger point cross-section of the stress and deformation ,finally draw operating arm and hand ,arm parts under the plans .and hydraulic control of the mainly refers to control the movement from the top to bottom arm change hydraulic cyclinders .In a detailed record of the agencies operating at high altitude upper arm hydraulic cylinders and hydraulic cylinders under the arm of the design of process .In the determining the parameters of the hydraulic system components ,based on the completion of the hydraulic system desion and calculation.
Key words: Folded-arm high-altitude vehicles Folding arm type hydraulic system design Special Vehicle Design
目錄
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 緒 論 1
1.1課題的背景 1
1.2小型折疊臂式高空作業(yè)車的發(fā)展概況 2
1.3國內外折疊臂式高空作業(yè)車的發(fā)展概況 2
1.4論文研究基本內容 3
第2章 折疊臂式高空作業(yè)車作業(yè)臂設計 4
2.1高空作業(yè)臂選擇 4
2.1.1高空作業(yè)臂分析 4
2.1.2作業(yè)臂作業(yè)狀態(tài)主要技術參數(shù) 4
2.1.3 作業(yè)臂材料選擇 5
2.2上下臂的計算與校核 5
2.2.1計算上下臂的長度 5
2.2.2 上臂截面尺寸的確定 6
2.2.3 對上臂進行強度校核 8
第3章 折疊臂式高空作業(yè)車總體方案分析 10
3.1動力傳動裝置設計與分析 10
3.1.1設計要求 10
3.1.2動力傳動裝置的選擇 10
3.2工作裝置設計與分析 11
3.2.1支腿機構 11
3.2.2回轉機構 16
3.2.3操作及安全防護裝置 17
第4章 回轉機構設計計算 19
4.1回轉機構設計 19
4.1.1確定圓柱滾子的最大載荷 19
4.1.2確定圓柱滾子的允許載荷 21
第5章 液壓系統(tǒng)設計計算 22
5.1 確定液壓缸類型和安裝方式 22
5.2 確定液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸 22
5.2.1液壓缸內徑D的計算 22
5.2.2活塞桿直徑d的計算 24
5.2.3缸壁厚的計算 24
5.2.4 缸體外徑計算 25
5．3液壓泵的選型計算 25
5.3.1、液壓泵理論流量Qr 25
5.3.2、油泵排量q 26
5.3.3 油箱容積計算 26
5.3.4油管內徑計算 26
致 謝 28
參考文獻 29
附錄1 中文翻譯 30
附錄2 外文 32
V
哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計
第1章 緒 論
高空作業(yè)車是一種將作業(yè)人員、工具、材料等通過作業(yè)平臺舉升到空中指定位置進行各種安裝的裝置。維修等作業(yè)的專用高空作業(yè)機械，既屬于專用汽車，又屬于工程機械，是一種重要的施工設備。
高安全性，高作業(yè)效率和高環(huán)境適應性，其特殊性在于：一是載人高空作業(yè)．其作業(yè)安全性要求比一般工程車輛高，即所謂“高安全性”；二是施工場所環(huán)境的“非結構性”，即其工作環(huán)境不可預知并且多變，因此要求對環(huán)境具有”高適應性”；三是其經常用于搶修作業(yè)，并且多為室外或野外作業(yè)，作業(yè)環(huán)境條件差，所以要求其具有作業(yè)的“高效率”。
“城市用”工程車輛特征目前我國用戶基本集中在城市或城鎮(zhèn)，其工作環(huán)境條件比一般的運輸車輛和工程機械要好，對其使用壽命的期望也高．因此，要求具有與一般工程車輛不同的特征要求：多功能：外形美觀．涂裝色彩既要有工程車輛的穩(wěn)重，又要有轎車的活力．并且要長期保持。機動靈活：可適當裝載貨物，如作業(yè)用的工具、機具、材料等?？沙溯d作業(yè)班組人員，如電力行業(yè)的4～6人、路燈行業(yè)的3～5人，具有工程車輛的功能和轎車的舒適性。
多功能：國外高空作業(yè)車一般只有高空作業(yè)功能，車輛看起來非常簡捷，而我國用戶則要求附加的輔助功能很多．主要有臂架起重、平臺小吊，載人、載貨等。
目前國內生產的高空作業(yè)車幾乎全部是折疊臂式的，有很大的市場需求。
1.1課題的背景
本題以“GKZ14高空作業(yè)車”為研究對象，對該車的作業(yè)臂結構，液壓系統(tǒng)進行設計。該型作業(yè)車的作業(yè)臂由上臂、下臂組成，下臂與底座鉸接，上臂頭部有工作平臺。上下臂通過伸縮油缸調節(jié)臂的舉升高度。傳統(tǒng)力學方法設計是：根據高空作業(yè)車的需要，在滿足舉升高度的前提下，進行強度，剛度，穩(wěn)定性的要求進行校核，確定截面尺寸，保證安全，設計過程中安全系數(shù)較大，造成制造成本增加，質量偏大等問題。在車輛行駛過程中，猶豫臂重較大產生車架斷裂現(xiàn)象。由于伸縮臂在作業(yè)時位于十幾米的高度，事關人身安全，因此，需要有一種較準確的設計計算方法。液壓系統(tǒng)設計在高空作業(yè)車的設計里占重要地位，例如，起重工種裝置主要由變幅機構組成，這一機構靠液壓系統(tǒng)驅動，實現(xiàn)作業(yè)要求。液壓系統(tǒng)元件可分為動力元件，控制元件，執(zhí)行元件，輔助元件等。隨著經濟技術的發(fā)展，國內外起重機市場和高空作業(yè)車市場對這兩種產品的要求越來越大，將產生巨大的社會經濟效益。
本研究課題，將以高空作業(yè)車升降臂結構以及液壓系統(tǒng)為對象，根據作業(yè)高度和液壓驅動部分進行結構設計，得出一種較為準確的設計方法。高空作業(yè)機械式在工程起重機械基礎上發(fā)展起來的高空作業(yè)設備，廣泛應用在建筑、消防等行業(yè)。隨著我國經濟建設的不斷發(fā)展，對高空作業(yè)車的需求越開越多，要求工作范圍也越來越廣泛。
1.2小型折疊臂式高空作業(yè)車的發(fā)展概況
折疊臂式高空作業(yè)車采用的工作裝置為液壓驅動。
高空作業(yè)車的升降機構的穩(wěn)定可靠是實現(xiàn)安全作業(yè)的必要條件之一，這類裝置的升降機構大多采用臂式或剪式升降機構，采用液壓缸作為液壓驅動力，液壓缸需要隨升降機構運動，因此液壓缸與液壓主回路需使用液壓膠管連接。因此液壓缸作為升降時的動力，又作為施工作業(yè)時的升降機構的支撐構件，因此液壓缸及其連接管路對于整個系統(tǒng)安全起著非常重要的作用。
高空作業(yè)車是以反復循環(huán)的方式完成設備安裝的作業(yè)車。高空作業(yè)車主要由高空作業(yè)臂、工作平臺、起升機構、動力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等六部分組成
1.3國內外折疊臂式高空作業(yè)車的發(fā)展概況
國外折疊臂式高空作業(yè)機械新興行業(yè)，是在工程起重機械基礎上發(fā)展起來的高新技術產業(yè)系統(tǒng)，只有二十幾年的歷史。目前，專業(yè)生產折疊臂式高空作業(yè)機械的公司比較少。近年來，由于汽車起重機銷售量下降及市場平淡，一批汽車起重機制造公司相繼發(fā)展高空作業(yè)機械，但總計年產量仍不能滿足市場需求，正處于發(fā)展時期。
國外折疊臂式高空作業(yè)機械發(fā)展迅速，技術水平不斷提高。工業(yè)發(fā)達國家一般都有專門的跨國公司和集團主營和兼營高空作業(yè)機械，如美國GROVE公司（格魯夫）和GENIE（吉尼公司）、英國COLES公司、SI-MON公司（西蒙）、意大利RICO（利高）、芬蘭BRONTO公司（波浪濤公司）、日本的多田野和愛知株式會社等。
國內折疊臂式高空作業(yè)機械發(fā)展剛剛起步，只有十幾年的發(fā)展歷史，雖然起步晚，但由于高空作業(yè)機械制造企業(yè)的努力，已逐步走向穩(wěn)定的發(fā)展軌道。
我國從80年代開始撫順起重機總廠、武漢起重機總廠、四川度巖機械廠、四川長江起重機械有限責任公司、杭州園林機械廠、北京攀尼高空作業(yè)車有限公司、徐州重型機械廠等開始著手研制高空作業(yè)車和登高平臺消防車，投放市場。撫順起重機械總廠生產的CDZ32型登高平臺消防車已出口泰國。四川長江起重機有限責任公司研制的QZC5120JGKS25型高空作業(yè)車是最近推向市場的一種新產品。該產品采用現(xiàn)代設計手段設計，填補了國內25m伸縮臂式高空作業(yè)車的空白。
盡管我國在折疊臂式高空作業(yè)車設計制造上取得了一些成績，但是國內生產制造的高空作業(yè)機械同國外同類型高空作業(yè)機械產品相比仍有一定差距，主要表現(xiàn)為技術含量低、大型的較結構笨重、作業(yè)時未動性能差等問題。在開發(fā)研制過程中，應采取有效措施、實驗研究，逐項加以解決，以縮小差距。同時對目前存在的技術關鍵，有待于組織力量攻關解決，其關鍵是電液比例操縱、微動性能問題，支腿調平技術問題，數(shù)顯微機自動程序控制以及機電一體化問題等[8,9]。
目前，折疊臂式高空作業(yè)車的發(fā)展動向是實現(xiàn)“六化”、“三性”，以提高折疊臂式高空作業(yè)機械的適用性。
“六化”：即液壓化、最優(yōu)化（采用計算機輔助設計）、輕量化（采用高強度材料、減輕構建重量）、機電液一體化（如安全保護、報警裝置等）、通用化、系列化。
“三性”：可靠性、安全性和舒適性。
綜上所述，在目前的折疊臂式高空作業(yè)車的生產水平上，改進折疊臂式高空作業(yè)車的工作性能，開發(fā)研制機動靈活、技術含量高、安全可靠的高空作業(yè)機械具有重大意義。
1.4論文研究基本內容
1、調研折疊臂式高空作業(yè)車技術應用情況，結合國內外情況，明確折疊臂式高空作業(yè)車技術的發(fā)展趨勢，運用專業(yè)汽車技術及理論知識，確定折疊臂式高空作業(yè)車的研究方向。
2、選擇適合型號整車分析采用折疊臂式高空作業(yè)裝置的可行性，確定高空作業(yè)的工作方式，論證高空作業(yè)裝置工作原理及工作過程。
3、設計一種高空作業(yè)裝置，對折疊臂式高空作業(yè)裝置進行運動分析和優(yōu)化設計。
4、通過對折疊臂式高空作業(yè)車的研究，分析折疊臂式高空作業(yè)車工況的穩(wěn)定性。
5、計算折疊臂式高空作業(yè)裝置在工作過程中的受力情況，分析各參數(shù)對折疊臂式高空作業(yè)裝置的影響。
6、計算折疊臂式高空作業(yè)裝置在工作過程中的受力情況，校核主要零部件的強度。
第2章 折疊臂式高空作業(yè)車作業(yè)臂設計
2.1高空作業(yè)臂選擇
2.1.1高空作業(yè)臂分析
高空作業(yè)臂包括上臂和下臂，上臂頭部有工作平臺。行駛狀態(tài)時，兩節(jié)工作臂折疊在一起；進行高空作業(yè)時，兩節(jié)工作臂由上下臂油缸舉升伸展至一定角度，將工作人員送至工作位置。上臂和下臂間通過水平銷軸鉸接，鉸接處設有專門的滑動軸承，以保證工作臂轉動時阻力小，運動平穩(wěn)。該高空作業(yè)車采用 折臂式工作臂結構，工作裝置為液壓驅動。工作臂為兩節(jié)工作臂。具有操作簡便，穩(wěn)定性好等特點。其組成主要是高空作業(yè)臂，如圖2-1所示，高空作業(yè)臂包括上臂和下臂上臂頭部有工作平臺。
圖2-1
2.1.2作業(yè)臂作業(yè)狀態(tài)主要技術參數(shù)
作業(yè)車技術參數(shù)如下表2-1所示：
表2-1作業(yè)臂作業(yè)狀態(tài)主要技術參數(shù)
2.1.3 作業(yè)臂材料選擇
金屬結構為保證能安全，可靠地工作對其規(guī)定如下計算原則
（1） 金屬結構工作級別按結構件中的應力狀態(tài)（名義應力譜系數(shù)）和應力循環(huán)次數(shù)（應力循環(huán)等級）分為A1-A8八級。
（2） 金屬結構計算應采用應力法（許用正應力和許用切應力）
（3） 金屬結構應進行強度，剛度和穩(wěn)定性計算，并滿足其規(guī)定的要求
（4） 金屬結構應按三類載荷情況進行疲勞強度，剛度和穩(wěn)定性計算
第一類——按正常工作時的等效載荷進行疲勞強度計算。
第二類——按工作時的最大的載荷進行強度和穩(wěn)定性計算
第三類——按非工作時的最大的載荷工作時的特殊載荷進行強度和穩(wěn)定性驗算
由此確定作業(yè)臂材料：根據選材原則及規(guī)定，主要選用Q235鋼板，其主要特點是機械強度，韌性和塑性，以及加工等綜合方面的性能好，價格較低，鋼板的厚度t=4mm，其屈服強度是235Mpa
由于工作時應按最大的載荷進行強度和穩(wěn)定性計算——結構應按第二類載荷情況進行疲勞強度，剛度和穩(wěn)定性計算
2.2上下臂的計算與校核
2.2.1計算上下臂的長度
如圖2-1所示作業(yè)臂的仰角是指上臂與水平線之間的夾角，它可以從0到80度，為便于對吊臂端部進行操作，仰角可為-3度，作業(yè)臂實際作業(yè)時通常在30-75度范圍內，設計時仰角取75度，在圖2-2中
圖2-2作業(yè)臂最大仰角
，上臂：L1=AB 下臂：L2=BC, 則AB+BC=8.5
即 （L1+L2）=8.5
L1+L2=8.21
由于上臂頭部有工作臺，所以在上臂頭部應留有一定的余量裝工作平臺，因此上臂應大于下臂長，即 L1>L2
因此可以取上臂L1=4.20mm 下臂L2=4.01mm
2.2.2 上臂截面尺寸的確定
（1）上臂截面尺寸受力分析
下圖所示是上臂工作到水平位置時的受力圖，此時上臂受到的力最大
圖2-3 上臂彎矩圖
可列公式： =0
則 X400=9.8X3900
=93.1
又由 =0
+=
=93.1-9.8=83.31N
如上圖所示彎矩圖：可得最大彎矩是=9.8X3.8=37.24KN.M
而梁所需要的截面系數(shù)，W=M/[]
=37.24/154.52
=24.1X10m
（2）計算上臂截面尺寸
1．梁高的確定（h）
按強度條件：h=
式中 w——梁所需的截面系數(shù)W=M/[]
M——梁的最大彎矩
[]——所用鋼材的許用應力
、——鋼板的厚度，設計時鋼板的厚度==4mm
因= 則上式可簡化為：h=
因此可得上臂高h=
=
=190mm
2．上臂梁寬的確定
如下圖=4mm
圖2-4 臂的截面圖
則=-2=190-8=182mm
按整體穩(wěn)定條件：b>1/3h
按局部穩(wěn)定條件：Q235鋼 b<60
即
則 ?。?
由圖可得 mm
2.2.3 對上臂進行強度校核
（1）正應力校核 靜應力校核公式：正應力
式中F——梁所受的力（N）
A——截面積（）
切應力
式中——梁所受的彎力（N）
——鋼板的厚度（m）
IZ——梁對軸的慣性矩
在截面BE所受的正應力是
梁的截面積是：
則
（2）計算Z軸的慣性矩是：
圖2-5
則慣性矩：
=
把和代入切應力校核公式
則：切應力是
在截面AD上所受的切應力是：
把和代入
則：切應力
所以上臂的正應力和切應力符合要求。
（3）對上下臂進行整體穩(wěn)定性驗算
箱型組合型梁通常剛度很大，若梁的高度之比，則梁的整體穩(wěn)定性不需驗算，所以<3.則不需要整體穩(wěn)定性驗算。
從以上對上臂的驗算可得上臂尺寸的選擇符合要求
下臂截面尺寸計算與受力分析與上臂基本相同。
第3章 折疊臂式高空作業(yè)車總體方案分析
折疊臂式高空作業(yè)車主要由動力傳動裝置、工作裝置（支腿機構、回轉機構、作業(yè)平臺）等組成。
本章主要對折疊臂式高空作業(yè)車的各個機構的方案進行分析。
3.1動力傳動裝置設計與分析
3.1.1設計要求
動力傳動裝置包括折疊臂式高空作業(yè)汽車各工作裝置的動力傳動部分，其設計要求如下：
(1)對作業(yè)功能，在規(guī)定的載荷范圍內，不論載荷大小，要求動力傳動裝置具有穩(wěn)定的工作轉速。
(2)在同一工作循環(huán)內，工作裝置的回轉機構、舉升機構等是正向和逆向運動交替進行的。因此要求能適應運動方向的不斷改變。
(3)在工作過程中，各工作裝置的工作速度應能隨作業(yè)進度及時調整，且調速范圍大，如舉升機構需要有很低的微動速度。
3.1.2動力傳動裝置的選擇
1、內燃機——機械傳動
這種傳動方式僅在用途單一的高空作業(yè)汽車上使用，如用于電力設施維修的垂直升降式高空作業(yè)汽車多采用這種形式。動力源為汽車發(fā)動機，動力經變速器傳出后，還要經分動器、離合器、減速器、卷揚機、滑輪以及鋼絲繩等傳遞到工作裝置，傳動路線長，結構較復雜。
2、電力——機械傳動
這種傳動方式是利用外接電源或車載電源（蓄電池），通過電動機將電能轉換成機械能，再經機械傳動裝置將動力傳遞到各工作裝置。由于電動機具有逆轉性和在較大轉速范圍內實現(xiàn)無級調速等特點，并且各機構可由獨立的電機驅動，簡化了傳動和操縱機構，而且噪聲小、污染少，適用在外接電源方便或流動性不大的場地作業(yè)。
3、內燃機——電力傳動
這種傳動方式的路線是汽車發(fā)動機 → 發(fā)電機 → 電動機，然后帶動各工作裝置運轉。其優(yōu)點是利用直流電動機的優(yōu)良工作特性，使高空作業(yè)汽車獲得好的作業(yè)性能。但這些傳動裝置質量較大，價格昂貴。
4、內燃機——液壓傳動
大部分折疊臂式高空作業(yè)汽車都采用這種工作方式，它可充分利用液壓傳動的優(yōu)點，簡化傳動結構，并且易于實現(xiàn)無級調速和運動方向的變換，傳動平穩(wěn)、操作簡單、方便、省力、能防止過載。
通過以上各種動力傳動裝置的結構、經濟性、適用范圍以及操作性能等多方面性能的分析，將動力傳動裝置選定為內燃機——液壓傳動這種形式。
3.2工作裝置設計與分析
折疊臂式高空作業(yè)汽車的工作裝置包括支腿機構、回轉機構、操作及安全保護裝置等。
3.2.1支腿機構
1、支腿機構的選擇
支腿機構是大多數(shù)折疊臂式高空作業(yè)汽車所必備的工作裝置，目前均采用液壓支腿。這類裝置是利用從汽車發(fā)動機取出的動力來驅動液壓泵，通過控制閥把液壓泵產生的液壓油供給液壓支腿的工作缸，實現(xiàn)支腿伸縮。其優(yōu)點是操作簡單，動作迅速。
液壓支腿按其結構形式又可分為：蛙式支腿、H式支腿和X式支腿。
1、 蛙式支腿
圖3-1為一種蛙式支腿的結構示意圖，支腿的伸縮動作由一個液壓缸完成。在運動過程中，支腿除有垂直位移△y外，在接地過程中還有水平位移△x（如圖3-2）。這種支腿結構簡單，液壓缸數(shù)少，一支腿一液壓缸，結構質量小。但支腿在伸出過程中受搖臂尺寸的限制，支腿的跨距（圖3-2種的2a）不能很大，調平性能較差，且在支反力變化過程中有爬移現(xiàn)象。
2、 H式支腿
如圖3.3所示，這種形式的支腿對地面適應性好，易于調平，且在支反力變化過程中無爬移現(xiàn)象，是高空作業(yè)車較理想的支腿形式。H式支腿由兩個液壓缸驅動即水平推力液壓缸和垂直的支撐液壓缸。這種支腿形式的穩(wěn)定性良好。
圖3-1 蛙式支腿 圖3-2 蛙式支腿的運動示意圖
圖3-3 H式支腿 圖3-4 X式支腿
3、X式支腿
如圖3-4所示，這種支腿的垂直液壓缸作用在伸縮腿的中間，當推力液壓缸將腿伸出后，垂直支撐液壓缸將支腿壓向地面，使輪胎離地如圖3-4(a)所示,四個伸縮腿是同步工作的，而垂直液壓缸可同時頂升，也可單獨工作，以便對車架進行調平。由于X式支腿的垂直支撐液壓缸作用在橫梁的中間，而橫梁又直接支撐在地面上，這就比H式支腿更加穩(wěn)定。但X式支腿離地間隙較小，在伸支腿的接地過程中有水平位移運動，從而加大了液壓缸的推力，液壓缸易損壞。
綜上所述，H型支腿穩(wěn)定性較蛙式支腿好，雖然X型支腿的穩(wěn)定性比H型支腿更好，但X型支腿的離地間隙比H型支腿小。因此，高空作業(yè)車的支腿機構選擇H型支腿，如圖3-3所示。
2、支腿機構的計算
折疊臂式高空作業(yè)車的支腿機構起調平和保證整車工作穩(wěn)定的作用，要求堅固可靠，操作方便。
支腿跨距的確定
折疊臂式高空作業(yè)車的支腿一般為前后設置，并向兩側伸出，如圖3-5所示。支腿支撐點縱橫方向的位置選擇要適當，其原則是作業(yè)平臺在標定載荷和最大作業(yè)幅度時，整車穩(wěn)定性要達到規(guī)定的要求。
圖3-5 高空作業(yè)車的支腿跨距
（1）、支腿橫向跨距
支腿橫向外伸跨距的最小應保證路燈裝車在側向作業(yè)時的穩(wěn)定性，即全部載荷的重力合力落在側傾覆邊以內，并使繞左右傾覆邊AB或DC的穩(wěn)定力矩大于傾覆力矩。如圖3-2(a)所示，1/2支腿橫跨距a應滿足：
mm
由于車總寬B=1900mm，且2a＞B，故取 mm
式中：G1——轉臺重力，N；選取同等規(guī)格的高空作業(yè)車的轉臺的質量作參考，質量為50kg；
G2——底盤重力， N；所選取SY1041DBF的底盤資料查找為2000kg,即20000N。
Gb——臂架重力，N；Gb=G上臂+G下臂；上臂和下臂的材質為Q235;
q ——作業(yè)平臺重力，N；所設計的平臺具體尺寸為1200×740×1040mm;平臺上部為鋁合金圍欄，下部為鋁合金板，經估算質量為45kg;
Q ——作業(yè)平臺標定載荷，N；平臺可容納3個人，每個人平均65kg,再加上一些操作工具，規(guī)定為240kg;
L1 ——轉臺重力中心至回轉中心的距離
r —臂架重力中心至回轉中心距離。
R——作業(yè)半徑（臂幅），mm。當下臂升起75°時，下臂升起150°時，以上臂上端點的垂線為旋轉中心，上臂和下臂交接處到旋轉中心的距離為作業(yè)半徑。即
（2）、支腿縱向跨距
支腿縱向跨距的確定和橫向跨距確定的原則一樣，應繞前、后傾覆邊BC或AD的穩(wěn)定力矩大于傾覆力矩。當作業(yè)平臺在車輛后方作業(yè)時，如圖3-2(b)所示，可得后支腿支撐點至回轉中心的距離b1應滿足：
mm
式中：L2 ——底盤質心至回轉中心的距離。經上圖分析和相關高空作業(yè)車的側量為864mm; 同理，可得前支腿支撐點至回轉中心的距離b2為：mm
(a)
(b) 圖3-2 支腿跨距的確定
支腿的縱向跨距：
因此取mm；mm。
3.支撐腳接地面積確定
為了使折疊臂式高空作業(yè)車工作時能在規(guī)定的地面承受壓力不下陷，且保證在不同地面能可靠支撐，支承腳要有足夠的接地面積Sj，保證在最大支反力Fmax下對地面的壓強不大于地基強度，即：
Fmax=9377
mm2 ； mm2
綜合考慮選取6000mm2。經查閱，式中：[]——地基強度，一般為1.6Mpa。
3.2.2回轉機構
回轉機構是由回轉驅動機構和回轉支撐機構兩部分構成的。
根據驅動裝置的不同回轉機構可分為：機械驅動式、電力驅動式和液壓驅動式。
根據回轉支撐的結構不同，回轉機構可分為轉柱式、立柱式和轉盤式，其中轉盤式是一種較常用的形式。
轉盤式回轉支撐裝置又可分為兩種：支撐滾輪式和滾動軸承式。支撐滾輪式回轉支撐裝置增大了轉盤回轉裝置的高度，且質量增加，成本增大；滾動軸承式回轉支撐裝置是目前應用最多的一種，它是在普通滾動軸承的基礎上發(fā)展起來的，結構上相當于放大了的滾動軸承。其優(yōu)點是回轉摩擦阻力矩小，承載能力大，高度低。由于回轉支撐裝置的高度降低，可以降低整車的質心，從而增大了汽車的穩(wěn)定性。
滾動軸承式回轉支撐機構按結構可分為以下幾種：
1、單排滾球式轉盤
如圖3-6所示，單排球轉盤多數(shù)是由內外座圈組合成一個整體的滾道，其滾道是圓弧形曲面，是最簡單的一種回轉支撐裝置，球和導向體從內圈或外圈的圓孔中裝進滾道里，然后將裝配孔堵塞。這種回轉支撐裝置的優(yōu)點是：質量輕、結構緊湊、成本較低，但其承載能力小，故應用不多。
2、雙排滾球式轉盤
如圖3-7所示，主要由上、下雙排球體、內、外座圈、間隔體和潤滑密封裝置等組成。上、下球體均排列在一整體的內（或外）座圈內。雙排球轉盤回轉支撐裝置比同樣大小和相同數(shù)目的單排球轉盤回轉支撐裝置的承載能力要大得多。
3、交叉滾柱式轉盤
如圖3-8所示，滾子的接觸角一般為45°，相鄰的滾子軸線交叉排列，即相鄰的兩圓柱滾子軸線成90°交叉。這不但使回轉機構能承受軸向和徑向載荷，而且還能承受翻傾力矩。此外，和滾球轉盤相比，這種滾道是平面，加工工藝比較簡單，容易達到加工要求。
4、高承載能力轉盤
在一些大型的起重舉升專用汽車中，可用雙排、多排的滾球或滾柱式回轉支撐裝置。
(a) 外齒式 (b) 內齒式 (a) 外齒式 (b) 內齒式
圖3-6 單排球轉盤結構 圖3-7 雙排球轉盤結構
(a) 外齒式圖 3-8 交叉圓柱滾子轉盤結構 (b) 內齒式圖
以上通過對各種回轉支撐裝置的結構特點、承載能力、加工性能以及應用情況等的分析，最后確定回轉支撐機構選擇交叉滾柱式。
3.2.3操作及安全防護裝置
為了使舉升機構能停在任意位置，并防止工作平臺自由或超速下落，必須在液壓系統(tǒng)中安裝平衡閥。
為使支腿垂直液壓缸在移動的過程中能在任意位置上停止，并防止停止后在外力的作用下發(fā)生位移，導致事故發(fā)生，應在支腿液壓缸的進回油路上設有雙向液壓鎖。
高空作業(yè)車應配備緊急停止裝置，并安裝在操作者的應急位置。發(fā)生錯誤操作時，該裝置應能有效的排除由此產生的故障和危險，保護高空作業(yè)車和各機構的安全。
(a) 重力（自重）式調平機構 (b) 四桿調平機構
(c) 等容積液壓缸調平機構
圖3-9 作業(yè)斗的平衡機構
在公路上進行作業(yè)的折疊臂式高空作業(yè)車，若車上的動力傳動裝置出現(xiàn)故障，而工作人員又困在高空作業(yè)平臺上，無法排除故障，可能發(fā)生阻礙道路交通的事故。因此，高空作業(yè)車必須設置輔助下降裝置，中小型高空作業(yè)車采用手動泵人工輔助下降。
折疊式高空作業(yè)為防止作業(yè)平臺翻轉，則規(guī)定下臂處于接近水平狀態(tài)時，上臂與水平面的夾角不允許超過78°。為此，在高空作業(yè)車上設置了限位行程開關，只要發(fā)生超過上述規(guī)定的情況，行程立即斷電，液壓油卸荷，阻止上臂與水平面的夾角超過規(guī)定值。同時，蜂鳴器報警，提醒操作人員注意，防止事故發(fā)生。
第4章 回轉機構設計計算
4.1回轉機構設計
經查閱有關書籍，按照有關專業(yè)標準，高空作業(yè)車的回轉機構應能進行正反兩個方向的360°回轉，回轉速度不大于2r/min，回轉過程中的起動、回轉、制動要平穩(wěn)、準確、無抖動、晃動現(xiàn)象，微動性能良好。
圓柱滾子的接觸角一般為45°，相鄰的兩圓柱滾子軸線成90°交叉。這不但使回轉裝置能承受軸向和徑向載荷，而且還能承受翻傾力矩。
4.1.1確定圓柱滾子的最大載荷
圖4-1 圓柱滾子外載荷及承載最大的滾子位置
圖4-2 圓柱滾子內圈受力圖
將方向交叉的兩組圓柱滾子，用Ⅰ和Ⅱ組表示。假定每組的圓柱滾子數(shù)目各占一半，并作一對一的間隔排列，則這組圓柱滾子在A點受力最大，如圖4-2所示。其中任一圓柱滾子的最大法向載荷FImax為:
式中：FIQ—由軸向力Q引起的Ⅰ組任一圓柱滾子最大法向載荷，N；;
FIH—由徑向力H引起的Ⅰ組任一圓柱滾子上最大法向載荷，N；
FIM—由傾翻力矩MOV引起的Ⅰ組任一圓柱滾子上最大法向載荷，N。
FIH和FIM由同等特性的折疊臂式高空作業(yè)車參考得出為240N。
對內圈作受力分析，如圖4-3所示，由力系平衡條件可以求得FIQ和FIH。為求得FIM，可以近似地把座圈看成直徑為D的圓圈，并假定圓柱滾子對座圈的壓力在座圈上連續(xù)分布，按圓柱滾子接觸壓力沿圓圈弧長的比壓，列出平衡方程可求得FIM為950N。
圖4-3 翻傾力的計算
4.1.2確定圓柱滾子的允許載荷
根據赫茨公式，滾道與圓柱滾子的線接觸應力為：
式中：F ——圓柱滾子在接觸線上的法向載荷，N；
E ——材料的彈性模量，一般滾道材料采用碳素鋼或低碳合金鋼，圓柱滾子材料采用軸承鋼。故可取E＝2.1×105MPa；
L ——圓柱滾子與滾道的有效長度，一般情況可取L=0.85d，m；
∑ρ ——圓柱滾子與滾道接觸表面的主曲率之和, ∑ρ=0.6；
D ——圓柱滾子直徑，m。
用優(yōu)質碳素鋼或低碳合金鋼軋制或鍛造成的座圈，其滾道表面的熱處理硬度為HRC59～60，在一般工作條件下，可取許用接觸應力值[]為1800Pa。
因此
=
=
因此圓柱滾子的允許載荷為208N
第5章 液壓系統(tǒng)設計計算
5.1 確定液壓缸類型和安裝方式
根據主機的運動要求，按《機械設計手冊5》表37.7-5，選擇液壓缸類型為單杠活塞式雙作用液壓缸。
下圖為單杠活塞式雙作用液壓缸示意圖
圖5-1
此類液壓缸的特點為活塞雙向運動產生推、拉力，活塞在行程終了時不減速。
安裝方式：將缸體固定，活塞桿運動，查《機械設計手冊5》表37.7-6液壓缸的安裝方式，選擇合適的安裝方式，考慮機構的結構要求，上臂起升，下降時液壓缸的活塞桿進行伸縮實現(xiàn)運動要求。查表37.7-6液壓缸的安裝，選取耳環(huán)型安裝方式，這種安裝方式使液壓缸在垂直面內可擺動，滿足上臂動作要求。
5.2 確定液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸
根據主機的動力分析和運動分析，確定液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸，包括液壓缸的內徑D，活塞桿直徑d和液壓缸行程s等。
5.2.1液壓缸內徑D的計算
根據載荷力的大小和選定的系統(tǒng)壓力來計算D
計算公式
式中 D——液壓缸內徑（m）
——液壓缸推力（KN）
P——選定的工作壓力（MPa）
計算過程：當高空作業(yè)車上下臂處于如下狀態(tài)時，上臂液壓缸所受的力最大，即液壓缸具備的最大力必須大于此時的力
圖5-2 上下臂受力狀態(tài)
有：
其中：G——上臂自重，由計算為
——上臂長度 為4.2m
F——高空作業(yè)車吊籃最大承受力為
h——B點到力的垂直距離 由計算知為0.283m
代入上式 得
=
將代入得
=0.52m
查《機械設計手冊5》表37.7-1給出的缸筒內徑尺寸系列圓整D成標準值
即取D=50mm
5.2.2活塞桿直徑d的計算
根據速度比的要求來計算活塞桿直徑d
式中d——活塞桿直徑（m）
D——液壓缸直徑
——速度比
式中——活塞桿的縮進速度
——活塞桿的伸出速度
此處，《機械設計手冊5》表37.7-63取液壓缸的往復運動速度比為1.46，表37.7-2查得，d=0.56D
將D代入上式得
查《機械設計手冊5》表37.7-2液壓缸活塞桿外徑尺寸系列（摘自GB 2348-80）
取液壓缸活塞桿外徑尺寸如下
d=30mm
5.2.3缸壁厚的計算
按薄壁筒計算：對于低壓系統(tǒng)，液壓缸缸筒厚度一般按薄壁筒計算
式中： ——液壓缸缸筒厚度（m）
——試驗壓力（）。取=1.5p
D——液壓缸直徑
——缸體材料的許用應力，取=100MPa
代入上式得
5.2.4 缸體外徑計算
5．3液壓泵的選型計算
常見的液壓泵有齒輪泵、柱塞泵、葉片泵類型。齒輪泵具有結構簡單、工藝性好、體積小、重量輕、維護方便，使用壽命長的優(yōu)點，葉片泵和柱塞泵結構較復雜、價格較高。高空作業(yè)車的液壓系統(tǒng)中采用齒輪泵即可滿足工作的需要
5.3.1、液壓泵理論流量Qr
折疊臂式高空作業(yè)車液壓泵理論流量應按下臂缸上升時間確定。
L/min
式中：ΔV ——油缸最大工作容積（m3），按下式計算：
L
、——均為下臂液壓缸的參數(shù)，且其單位均為m；
——升降時間，由設計要求，一般要求m，取s；
——液壓泵容積效率，。
所以
5.3.2、油泵排量q
mL/r
式中：Qr——油泵流量，L/min；
n ——油泵額定轉速， n=1800r/min。
所以
5.3.3 油箱容積計算
在低壓系統(tǒng)中（MPa）可取：
在中壓系統(tǒng)中（MPa）可?。?
在中高壓或高壓大功率系統(tǒng)中（ MPa）可?。?
式中：V——液壓油箱有效容量；
qp——液壓泵額定流量。
5.3.4油管內徑計算
由可得高壓管路內徑
式中：QT——油泵理論流量，3.98 L/min；
V1——高壓管路中油的流速m/s。
因此
低壓管路內徑
式中：V2——低壓管路中油的流速m/s。
因此
致 謝
經過近兩個月的忙碌和工作，此次的畢業(yè)設計也已接近尾聲了，作為一個本科生的畢業(yè)設計，由于經驗的匱乏，有很多考慮不周全的地方。本次的設計是在指導老師的積極鼓勵與悉心指導下完成的，在此對老師們的悉心培養(yǎng)致以最衷心的感謝。
在這里。首先要感謝的就是我的導師郭新華老師。老師平時的工作繁多，但在我設計的每個階段都給予了我悉心的指導，在此過程中不僅對郭老師的專業(yè)水平表示欽佩，同時，他的治學嚴謹?shù)膽B(tài)度也是我今后學習的榜樣。
能夠順利的完成此次畢業(yè)設計，在此對和我一起經歷過此次設計的老師和同學們表示最誠摯的謝意。
最后，我要向在百忙中抽出時間對本文進行審閱、評議和參加論文答辯的各位老師表示感謝。
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附錄1 中文翻譯
目前，我國專用車生產企業(yè)有600多家，如果改裝客車廠家也計入則達到700多家，年產專用車50余萬臺套。據國內有關資料統(tǒng)計，目前國內專用車品種已達1550多個，專用車已占商用車產量的20%～25%左右。由于專用車市場容量有限，因此大多數(shù)企業(yè)生產規(guī)模都較小，只有需求量較大的品種，比如自卸車、牽引車、半掛車、貨廂式車，集裝箱平板車等產品的生產批量較大。
國內有的企業(yè)既生產基型車也生產專用車(如一汽、東風公司生產自卸車、半掛牽引車，金杯公司生產救護車，東南(福建)生產郵政車、運鈔車等)。但大多數(shù)專用車由專用改裝車廠生產。如高空作業(yè)車，起重汽車、水泥攪拌車、油罐車等等。據了解，目前國內專用汽車市場開發(fā)較為緩慢，市場細分程度不夠，目前專用汽車占普通載貨汽車比例在40％左右，產品雷同性大，滿足用戶個性化要求差。產品生產工藝環(huán)節(jié)硬件方面國內外差距正在明顯縮小，但在生產工藝管理、要求及執(zhí)行度方面國內外企業(yè)差距較大。因此，無論從國內還是從國際市場形勢來看，我國專用汽車都還有巨大的提升空間。
在國外專用車是主要的商用車型，一般占其商用車產量的80%以上，而在我國，專用汽車僅占我國年汽車產量的20%左右。其次，我國專用車生產品種太少，國外專用車品種在6000種左右，我國600家專用車廠只有1000多個品種。我們的專用車品種還需充分細化，否則不可能滿足市場的多樣化需求。第三，技術開發(fā)和研究水平太低。我國的專用車生產基本停留在仿制階段，創(chuàng)新少，設計雷同，產出的基本上都是技術含量低的普通型專用車。第四，在生產工藝工裝方面，我們目前的專用車企業(yè)，由于缺少規(guī)模的技術改造，國產設備、自制設備比重大，工人工藝水平低，限制了產品的質量和檔次的提高，制約了專用車的發(fā)展。第五，我國專用車生產技術進步的兩大關鍵—-專用底盤與專用裝置的開發(fā)能力較弱。我國專用汽車在產量上已具有相當?shù)囊?guī)模，但大多為勞動密集型中低技術含量的產品如半掛車、自卸車。一些技術含量較高的產品及關鍵零部件仍需進口。目前我國專用車制造企業(yè)多以規(guī)模較小的汽車改裝廠為主。它們從整車廠購買汽車底盤，根據需要進行改裝，研發(fā)創(chuàng)新能力不足。與國內不同的是國外專用汽車生產企業(yè)的特點是，品種多，小批量，廠家多，規(guī)模小。
由于專用車生產批量大多數(shù)較小(掛車、自卸車、廂式貨車等除外)，開發(fā)新產品投入又較大，企業(yè)在技術上投入不足，在資金上缺乏，大多為仿造國外車型，個別車型為引進國外產品的關鍵技術、關鍵件。同時，國內一些大的汽車生產廠在產品技術和資金投入上，也存在重基型車、轎車、客車而輕專用車的現(xiàn)象。今后專用車是具有發(fā)展?jié)摿Φ能囆椭弧?
我國專用車專用裝置的關鍵件總體水平不太高，如液壓件、泵類、閥類、控制儀表等現(xiàn)在還未達到較高的技術水平，因此制約了高水平專用車的開發(fā)生產。例如：國外的消防車水泵體積小、壓力高、流量大。國內部分消防車水閥、三通閥、泡沫比例混合器調節(jié)閥易銹死，而國外采用鍍鉻球閥，不易生銹，可靠性好于國內。
專用汽車的發(fā)展，首先需要在“?！鄙舷鹿Ψ颍瑢ｉT化和專業(yè)化是發(fā)展方向，如高空作業(yè)車、牽引車、集裝箱運輸車等。其次，專用汽車需要在“特”字上求發(fā)展，即應滿足用戶的特殊要求，如高空作業(yè)車、混凝土攪拌運輸車、混凝土泵車、車輛運輸車、特種消防車等。
??? 近年來市場對專用汽車產品技術含量的要求越來越高，一些能夠滿足特殊功能要求的專用汽車底盤相繼推出，一些高新技術產品和特殊(專用)裝置開始在專用汽車上得到廣泛的應用，如液壓舉升裝置、排料卸料裝置、計量測量裝置、機械作業(yè)裝置、制冷保溫裝置、安全防護裝置、自動控制裝置等。在一定程度上滿足了用戶對專用汽車產品的多樣化需求。
目前，折疊臂式高空作業(yè)車的發(fā)展動向是實現(xiàn)“六化”、“三性”，以提高折疊臂式高空作業(yè)機械的適用性。
“六化”：即液壓化、最優(yōu)化（采用計算機輔助設計）、輕量化（采用高強度材料、減輕構建重量）、機電液一體化（如安全保護、報警裝置等）、通用化、系列化。
“三性”：可靠性、安全性和舒適性。
經調研發(fā)現(xiàn)，目前，折疊臂式高空作業(yè)車具有一定需求市場，但生產廠家相對較少，主要在于其結構較為復雜，因此難以形成批量生產，為使折疊臂式高空作業(yè)車能夠完善其結構和性能，提高折疊臂式高空作業(yè)車的功能，形成小批量生產。本設計重點對折疊臂式高空作業(yè)車主要工作裝置所采用的各種方案進行比較分析，分別列出各方案的優(yōu)劣點，以便選擇最合適方案。綜上所述，在目前的折疊臂式高空作業(yè)車的生產水平上，改進折疊臂式高空作業(yè)車的工作性能，開發(fā)研制機動靈活、技術含量高、安全可靠的高空作業(yè)機械具有重大意義。
折疊臂式高空作業(yè)車廣泛用于建筑、市政、機場、工廠、園林、住宅等場所，從事消防、搶險救災、安裝、維護等工作。可以說折疊臂式高空作業(yè)車將是汽車產業(yè)必不可或缺的一部分，在國內外市場的需求與競爭下，發(fā)展我國的折疊臂式高空作業(yè)車產業(yè)具有很好的前景。
附錄2 外文
At present, China's Special Vehicle manufacturers are more than 600, if the modified passenger car manufacturers are also included in more than 700, with an annual output of more than 50 million vehicle-specific sets. According to relevant statistics, the current Special Purpose Vehicle has reached more than 1550 varieties, special-purpose vehicles account for 20% of the commercial vehicle production to 25%. Private car market because of limited capacity, so the majority of enterprises are small scale of production, only the demand for larger species, such as dump truck, tractor, semi-trailer, Huo Xiang-car, flatbed container products such as large-volume production.
Some enterprises have not only domestic car production base is also a dedicated car production (such as FAW, Dongfeng's production truck, semitrailer tractor, an ambulance company Gold Cup, South East (Fujian) Post prod